Gegensätzliche Pole ziehen sich an. Gegensätzliche Magnetpole. Berechnung magnetischer Eigenschaften
Verbessert: 10.03.16
Über Magnete
Magnet - ein Körper, der magnetisiert ist.
Feld – Dies ist der Raum, in dem ein Objekt (Quelle) ein anderes Objekt (Empfänger) beeinflusst, nicht unbedingt durch direkten Kontakt. Wenn die Einflussquelle ein Magnet ist, gilt das Feld als magnetisch.
Ein Magnetfeld - Das ist der Raum um ihn herum alle von den Polen eines Magneten und hat daher keine Einschränkungen in alle Richtungen ! Der Mittelpunkt von allem Magnetfeld ist der entsprechende Pol des Magneten.
In einem bestimmten begrenzten Raum kann mehr als eine Quelle gleichzeitig vorhanden sein. Die Intensität dieser Quellen wird nicht unbedingt gleich sein. Dementsprechend kann es auch mehr als ein Zentrum geben.
Das resultierende Feld ist in diesem Fall nicht einheitlich. An jedem Empfängerpunkt eines solchen Feldes entspricht die Intensität der Summe der Intensitäten der von allen Zentren erzeugten Magnetfelder.
In diesem Fall sollte davon ausgegangen werden, dass die nördlichen Magnetfelder und die südlichen Magnetfelder unterschiedliche Vorzeichen haben. Wenn beispielsweise an einem bestimmten Punkt des Gesamtfeldes die Intensität des dort befindlichen südlichen Magnetfeldes mit der Intensität des hier befindlichen nördlichen Magnetfeldes übereinstimmt, dann ergibt sich die Gesamtintensität am besprochenen Empfängerpunkt aus der Wechselwirkung beider Felder gleich Null.
Dauermagnet - ein Produkt, das in der Lage ist, seine Magnetisierung aufrechtzuerhalten, nachdem das externe Magnetfeld ausgeschaltet wurde.
Elektromagnet - ein Gerät, bei dem in einer Spule nur dann ein Magnetfeld erzeugt wird, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt.
Die allgemeine Eigenschaft eines jeden Magneten, unabhängig von der Art des Magnetfeldes (Nord oder Süd), istAnziehungskraft auf eisenhaltige Materialien (Fe ) . Bei Wismut wirkt ein gewöhnlicher Magnet abstoßend. Die Physik kann keinen der beiden Effekte erklären, obwohl eine unbegrenzte Anzahl von Hypothesen aufgestellt werden kann ! Einige Edelstahlsorten, die auch Eisen enthalten, sind von dieser Regel ausgenommen („Anziehung“) – die Physik kann dieses Merkmal ebenfalls nicht erklären, obwohl auch eine unbegrenzte Anzahl von Hypothesen aufgestellt werden kann !
Magnetischer Pol - eine der Seiten des Magneten. Wenn ein Magnet am Mittelteil so aufgehängt wird, dass die Pole vertikal ausgerichtet sind und er (der Magnet) sich in der horizontalen Ebene frei drehen kann, dann dreht sich eine der Seiten des Magneten zum Nordpol der Erde. Dementsprechend wird sich die gegenüberliegende Seite dem Südpol zuwenden. Die zum Nordpol der Erde gerichtete Seite des Magneten wird genanntSüdpol Magnet und die gegenüberliegende Seite -Nordpol Magnet.
Ein Magnet zieht andere Magnete und Gegenstände aus magnetischen Materialien an, ohne mit ihnen in Kontakt zu kommen. Diese Fernwirkung wird durch die Existenz erklärtMagnetfeld im Raum um beide Magnetpole eines Magneten.
Gegensätzliche Pole zweier Magnete gewöhnlich fühlen sich zueinander hingezogen , und die gleichen Namen sind normalerweise gegenseitigAbwehr .
Warum „normalerweise“? Ja, denn manchmal treten anomale Phänomene auf, wenn sich beispielsweise entgegengesetzte Pole weder anziehen noch abstoßen ! Dieses Phänomen hat einen Namen „magnetische Grube " Die Physik kann es nicht erklären !
In meinen Experimenten bin ich auch auf Situationen gestoßen, in denen gleiche Pole sich anziehen (anstelle der erwarteten gegenseitigen Abstoßung) und ungleiche Pole abstoßen (anstelle der erwarteten gegenseitigen Anziehung). ! Dieses Phänomen hat noch nicht einmal einen Namen und auch die Physik kann es noch nicht erklären. !
Wenn ein Stück unmagnetisiertes Eisen in die Nähe eines der Pole eines Magneten gebracht wird, wird dieser vorübergehend magnetisiert.
Dieses Material gilt als magnetisch.
In diesem Fall wird die dem Magneten am nächsten liegende Kante des Teils zu einem Magnetpol, dessen Name dem Namen des nahen Pols des Magneten entgegengesetzt ist, und das entfernte Ende des Teils wird zu einem Pol desselben Name als Nahpol des Magneten.
In diesem Fall befinden sich in der Zone der gegenseitigen Wirkung zwei entgegengesetzte Pole zweier Magnete: des Quellmagneten und des konventionellen Magneten (aus Eisen).
Oben wurde erwähnt, dass es im Raum zwischen diesen Magneten zu einer algebraischen Addition der Intensitäten der wechselwirkenden Felder kommt. Und da sich herausstellt, dass die Felder unterschiedliche Vorzeichen haben, bildet sich zwischen den Magneten eine Zone des gesamten Magnetfelds mit einer Intensität von Null (oder fast Null). Im Folgenden nenne ich eine solche Zone „Zerozona ».
Da „die Natur ein Vakuum verabscheut“, können wir davon ausgehen, dass sie (die Natur) danach strebt, die Lücke mit dem nächstgelegenen Material „zur Hand“ zu füllen. In unserem Fall handelt es sich bei einem solchen Material um Magnetfelder, zwischen denen sich eine Nullzone (Zerozone) gebildet hat. Dazu ist es notwendig, beide Quellen unterschiedlichen Vorzeichens näher zusammenzubringen (die Zentren der Magnetfelder näher zusammenzubringen), bis die Nullzone zwischen den Feldern vollständig verschwindet ! Wenn natürlich nichts die Bewegung der Zentren stört (die Magnete näher zusammenbringen) !
Hier ist eine Erklärung der gegenseitigen Anziehung entgegengesetzter Magnetpole und der gegenseitigen Anziehung eines Magneten mit einem Stück Eisen !
In Analogie zur Anziehung können wir das Phänomen der Abstoßung betrachten.
Bei dieser Variante treten im Bereich der gegenseitigen Beeinflussung Magnetfelder gleichen Vorzeichens auf. Natürlich addieren sie sich auch algebraisch. Aus diesem Grund entsteht an den Empfängerpunkten zwischen den Magneten eine Zone mit einer Intensität, die höher ist als die Intensitäten in benachbarten Bereichen. Im Folgenden nenne ich eine solche Zone „Maxisona ».
Es ist logisch anzunehmen, dass die Natur bestrebt ist, dieses Ärgernis auszugleichen und die Zentren der interagierenden Felder voneinander zu entfernen, um die Intensität des Feldes in Maxison zu glätten.
Mit dieser Erklärung stellt sich heraus, dass keiner der Pole des Magneten das Eisenstück von sich selbst wegbewegen kann ! Weil sich ein Stück Eisen, das sich in einem Magnetfeld befindet, immer in einen bedingten temporären Magneten verwandelt und sich daher immer darauf (auf dem Stück Eisen) bildet magnetische Pole. Darüber hinaus ist der nahe Pol des neu gebildeten temporären Magneten dem Pol des Quellmagneten entgegengesetzt. Folglich wird ein Stück Eisen, das sich im Magnetfeld des Quellenpols befindet, vom Quellenmagneten angezogen (ABER nicht angezogen). ! )!
Ein bedingter Magnet, der aus einem Stück Eisen besteht, das in einem Magnetfeld platziert wird, verhält sich nur in Bezug auf den Quellmagneten wie ein Magnet. Wenn jedoch neben diesem bedingten Magneten (Eisenstück) ein weiteres Stück Eisen platziert wird, verhalten sich diese beiden Eisenstücke zueinander wie gewöhnliche zwei Eisenstücke ! Mit anderen Worten: Das erste Magnetstück aus Eisen vergisst sozusagen, dass es ein Magnet ist ! Wichtig ist nur, dass die Dicke des ersten Eisenstücks ausreichend spürbar ist (bei meinen Heimmagneten mindestens 2 mm) und die Querabmessung größer ist als die Größe des zweiten Eisenstücks !
Aber der gleichnamige Pol eines gewaltsam eingeführten Magneten (dies ist kein einfaches Stück Eisen mehr) wird denselben Pol definitiv von sich wegbewegen, wenn keine Hindernisse vorhanden sind !
In Physiklehrbüchern und manchmal auch in renommierten Werken über Physik steht geschrieben, dass man eine Vorstellung von der Intensität des Magnetfelds und der Änderung dieser Intensität im Raum erhalten kann, indem man Eisenspäne auf eine Substratplatte gießt ( Pappe, Kunststoff, Sperrholz, Glas oder ein anderes nichtmagnetisches Material), das auf einem Magneten angebracht ist. Das Sägemehl wird sich in Ketten in Richtungen unterschiedlicher Feldstärke aufreihen, und die Dichte der Sägemehllinien wird der Intensität dieses Feldes entsprechen.
Das ist also sauberTäuschung !!! Es sieht so aus, als wäre es niemandem in den Sinn gekommen, ein echtes Experiment durchzuführen und dieses Sägemehl hineinzuschütten !
Das Sägemehl sammelt sich in zwei dichten Haufen. Ein Stapel bildet sich um den Nordpol des Magneten und der andere um ihn herum. Südpol!
Eine interessante Tatsache ist, dass sie im Allgemeinen genau in der Mitte zwischen den beiden Haufen (in Zerozon) liegt NICHT Wille kein Sägemehl ! Dieses Experiment lässt Zweifel an der Existenz des berüchtigten Magneten aufkommenStromleitungen , der den Nordpol des Magneten verlassen und in seinen Südpol eintreten muss !
M. Faraday hatte, gelinde gesagt, Unrecht !
Wenn viel Sägemehl vorhanden ist, wird der Stapel kleiner und dünner, wenn man sich vom Pol des Magneten entfernt, was ein Indikator für die Abschwächung der Intensität des Magnetfelds ist, wenn sich der Empfängerpunkt im Raum entfernt vom Quellpunkt am Pol des Magneten. Die beobachtete Abnahme der Magnetfeldintensität hängt natürlich nicht von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Sägemehl auf dem Versuchssubstrat ab ! Reduktion – Ziel !
Die Abnahme der Dichte der Sägemehlbeschichtung auf dem Untergrund kann jedoch durch die Reibung des Sägemehls auf dem Untergrund (auf Pappe, auf Glas usw.) erklärt werden. Reibung verhindert, dass die geschwächte Anziehungskraft das Sägemehl in Richtung des Pols des Magneten bewegt. Und je weiter vom Pol entfernt, desto geringer ist die Anziehungskraft und desto weniger Sägemehl kann sich dem Pol nähern. Wenn Sie jedoch den Untergrund schütteln, sammelt sich das gesamte Sägemehl so nah wie möglich an der nächsten Stange ! Die sichtbare Ungleichmäßigkeit der Sägemehlbeschichtung wird dadurch ausgeglichen !
In der mittleren Zone der Magnetquerschnitte addieren sich algebraisch zwei Magnetfelder: Nord und Süd. Die Gesamtfelddichte zwischen den Polen ist das Ergebnis der algebraischen Addition der Intensitäten entgegengesetzter Felder. Im mittleren Bereich wird die Summe dieser Intensitäten genau Null sein (es entsteht eine Nullzone). Aus diesem Grund sollte in diesem Abschnitt überhaupt kein Sägemehl vorhanden sein, und zwar tatsächlich Nein!
Wenn Sie sich von der Mitte des Magneten (von der Nullzone) in Richtung des Magnetpols (beliebiger) bewegen, nimmt die Intensität des Magnetfelds zu und erreicht am Pol selbst ein Maximum. Der Änderungsgradient der mittleren Intensität ist um ein Vielfaches höher als der Änderungsgradient der äußeren Intensität.
Aber auf jeden Fall wird sich das Sägemehl NIEMALS in einer Linie ausrichten, zumindest in der Form einiger Linien, die den Nordpol des Magneten mit seinem Südpol verbinden !
Die Physik operiert mit dem Begriff „Magnetischer Fluss ».
Es gibt also KEINEmagnetischer Fluss !
Schließlich " fließen „bedeutet „unidirektionale Bewegung von Materialpartikeln oder -teilen“ ! Wenn diese Teilchen magnetisch sind, gilt die Strömung als magnetisch.
Natürlich gibt es auch bildliche Wendungen wie „Wortfluss“, „Gedankenstrom“, „Problemstrom“ und ähnliche Wendungen. Aber sie haben nichts mit physikalischen Phänomenen zu tun.
Aber in einem echten Magnetfeld bewegt sich nirgendwo etwas ! Es gibt nur ein Magnetfeld, dessen Intensität mit der Entfernung vom nächsten Pol des Quellmagneten abnimmt.
Wenn es eine Strömung gäbe, würde ständig eine Masse von Teilchen aus der Masse des Magneten herausströmen ! Und mit der Zeit würde die Masse des ursprünglichen Magneten merklich abnehmen ! Die Praxis bestätigt dies jedoch nicht !
Da die Existenz der berüchtigten magnetischen Kraftlinien nicht durch die Praxis bestätigt wird, wird der Begriff selbst weit hergeholt und erfunden.magnetischer Fluss ».
Die Physik gibt übrigens eine solche Interpretation des magnetischen Flusses, die nur die Unmöglichkeit von „magnetischer Fluss" in der Natur:
« Magnetischer Fluss"- physikalische Größe, die der Flussdichte von Kraftlinien entspricht, die durch eine verschwindend kleine Fläche verlaufen dS ... (Fortsetzung der Interpretation kann im Internet eingesehen werden).
Schon zu Beginn der Definition folgt daraus Unsinn ! « Fließen"Es stellt sich heraus, dass dies die geordnete Bewegung von „Kraftlinien“ ist, die in der Natur nicht existieren ! Was an sich schon Unsinn ist ! Aus Linien ist es überhaupt unmöglich ( ! ), um einen „Fluss“ zu bilden, da die Linie KEIN materielles Objekt (Substanz) ist. ! Und es ist insbesondere NICHT möglich, aus nicht vorhandenen Linien einen Fluss zu bilden !
Was folgt, ist eine ebenso interessante Botschaft. ! Es zeigt sich, dass die Gesamtheit der nicht existierenden Kraftlinien eine gewisse „Dichte“ bildet. Nach dem Prinzip: Je mehr Linien, die es in der Natur nicht gibt, in einem begrenzten Abschnitt gesammelt werden, desto dichter wird das nicht vorhandene Bündel nicht vorhandener Linien !
Endlich, " Fließen" - Dies ist laut Physikern eine physikalische Größe!
Was heißt - „ WIR SIND ANGEKOMMEN» !!!
Ich lade den Leser ein, es selbst herauszufinden und zu verstehen, warum beispielsweise „Traum“ keine physikalische Größe sein kann?
Selbst wenn " Magnetischer Fluss„existierte, dann kann „Bewegung“ (und „Fluss“ ist „Bewegung“) jedenfalls nicht existieren Größe! "„Wert“ kann ein Bewegungsparameter sein, zum Beispiel: „Geschwindigkeit“ der Bewegung, „Beschleunigung“ der Bewegung, aber nicht die „Bewegung“ selbst. !
Denn einfach der Begriff „Magnetischer Fluss„Die Physik konnte es nicht verdauen, die Physiker mussten diesen Begriff etwas ergänzen. Jetzt haben es die Physiker – „Magnetischer Induktionsfluss „(obwohl es aufgrund des Analphabetismus oft einfach gefunden wird“Magnetischer Fluss») !
Rettich-Meerrettich ist natürlich nicht süßer !
« Induktion » ist keine materielle Substanz ! Daher kann es keinen Thread bilden ! « Induktion„ist nur eine ausländische Übersetzung des russischen Begriffs“Orientierungshilfe», « Übergang vom Privaten zum Allgemeinen» !
Sie können den Begriff „Magnetische Induktion ", als Einfluss eines Magnetfeldes, aber der Begriff "Magnetischer Induktionsfluss» !
In der Physik gibt es einen Begriff „Magnetflußdichte » !
Aber Gott sei Dank ist es für Physiker schwierig, dieses Konzept zu definieren ! Und deshalb geben sie (Physiker) es nicht !
Und wenn sich in der Physik ein Konzept etabliert hat, das nichts bedeutet, wie zum Beispiel „Magnetflußdichte", was aus irgendeinem Grund mit dem Konzept verwechselt wird"magnetische Induktion", Das:
Magnetflußdichte (wirklich NICHT vorhanden), ist es logischer, nicht die Anzahl der Kraftlinien zu zählen, die in der Natur nicht pro Einheitsabschnitt senkrecht zu einer nicht existierenden Kraftlinie existieren, sondern Attitüde die Anzahl der Sägespäne, die sich in einem Einheitsabschnitt des Magnetfelds befinden, im Verhältnis zur Anzahl des gleichen Sägespänes, als Einheit genommen, im gleichen Einheitsabschnitt, aber am Pol selbst, wenn die betrachteten Abschnitte senkrecht dazu stehenMagnetfeldvektor .
Ich schlage statt des bedeutungslosen Begriffs „Magnetflußdichte„Um einen logischeren Begriff zu verwenden, der die Kraft definiert, mit der die Quelle des Magnetfelds den Empfänger beeinflussen kann –“Magnetfeldstärke » !
Das ist etwas Ähnliches wie „Elektromagnetische Feldstärke».
Natürlich wird niemand diese Sägemehlmengen jemals messen. ! Ja, niemand wird das jemals brauchen !
In der Physik wird der Begriff „Magnetische Induktion » !
Es handelt sich um eine Vektorgröße (d. h. „Magnetische Induktion" ist ein Vektor) und zeigt, mit welcher Kraft und in welcher Richtung das Magnetfeld auf eine bewegte Ladung einwirkt !
Ich gebe sofort eine wesentliche Änderung der in der Physik akzeptierten Interpretation !
Ein Magnetfeld NICHT gültig gegen Gebühr! Unabhängig davon, ob sich diese Gebühr bewegt oder nicht !
Das Magnetfeld der Quelle interagiertmit Magnetfeld , erzeugt ziehen um Aufladung !
Es stellt sich heraus, dass "magnetische Induktion„ist nichts anderes als“Gewalt", einen stromdurchflossenen Leiter schiebend ! A "Gewalt„Einen Leiter mit Strom zu beaufschlagen, ist nichts anderes als „Magnetische Induktion» !
Und in der Physik wird die folgende Botschaft vorgeschlagen: „Die Richtung vom Südpol wird als positive Richtung des magnetischen Induktionsvektors angenommen S zum Nordpol N Magnetnadel frei im Magnetfeld positioniert.“
Was ist, wenn keine Kompassnadel in der Nähe ist? ! Während?
Dann schlage ich Folgendes vor !
Befindet sich der stromführende Leiter in der Zone des nördlichen Magnetfelds, dann kommt der Vektor von dort dem Dirigenten am nächsten ist Der Quellpunkt liegt am Nordpol des Magneten und schneidet den Leiter.
Befindet sich der stromdurchflossene Leiter in der Zone des südlichen Magnetfelds, dann verläuft der Vektor vom Empfängerpunkt auf dem Leiter, der dem Magnetpol am nächsten liegt, zum nächstgelegenen Quellpunkt am Südpol des Magneten.
Mit anderen Worten: Es wird in jedem Fall der kürzeste Abstand vom Leiter zum nächstgelegenen Pol genommen. Abhängig von diesem Abstand wird außerdem die Größe der Kraft des direkten Einflusses des Magnetfelds auf den Leiter ermittelt (am besten aus einem experimentellen Diagramm der Abhängigkeit der Magnetkraft vom Abstand).
Ich schlage vor, die kürzeste Entfernung wahrzunehmen, die beschrieben wird als „Magnetfeldvektor ».
Somit stellt sich heraus, dass eine unbegrenzte Menge von Magnetfeldern um einen Magneten (und dementsprechend die Anzahl der Magnetfeldvektoren) isoliert werden kann ! So viele, wie Sie Normalen zu den Oberflächen der Magnetpole bilden können.
Zu Hause, am Arbeitsplatz, im eigenen Auto oder in öffentlichen Verkehrsmitteln sind wir von Magneten unterschiedlichster Art umgeben. Sie treiben Motoren, Sensoren, Mikrofone und viele andere alltägliche Dinge an. Darüber hinaus kommen in jedem Bereich Geräte mit unterschiedlichen Eigenschaften und Merkmalen zum Einsatz. Im Allgemeinen werden folgende Arten von Magneten unterschieden:
Welche Arten von Magneten gibt es?
Elektromagnete. Das Design solcher Produkte besteht aus einem Eisenkern, auf den Drahtwindungen gewickelt sind. Durch Anlegen von elektrischem Strom mit unterschiedlichen Größen- und Richtungsparametern ist es möglich, Magnetfelder mit der erforderlichen Stärke und Polarität zu erzeugen.
Der Name dieser Magnetgruppe ist eine Abkürzung der Namen ihrer Bestandteile: Aluminium, Nickel und Kobalt. Der Hauptvorteil der Alnico-Legierung ist die unübertroffene Temperaturstabilität des Materials. Andere Magnettypen können sich nicht damit rühmen, bei Temperaturen bis +550 ⁰ C eingesetzt zu werden. Gleichzeitig zeichnet sich dieses leichte Material durch eine schwache Koerzitivfeldstärke aus. Dies bedeutet, dass es vollständig entmagnetisiert werden kann, wenn es einem starken äußeren Magnetfeld ausgesetzt wird. Gleichzeitig ist Alnico aufgrund seines erschwinglichen Preises eine unverzichtbare Lösung in vielen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen.
Moderne magnetische Produkte
Also haben wir die Legierungen aussortiert. Kommen wir nun dazu, welche Arten von Magneten es gibt und welche Verwendungsmöglichkeiten sie im Alltag finden. Tatsächlich gibt es eine große Vielfalt an Optionen für solche Produkte:
3) Büromagnete. Für Präsentationen und Planungsbesprechungen werden Magnettafeln verwendet, mit denen Sie beliebige Informationen übersichtlich und detailliert präsentieren können. Sie erweisen sich auch in Schulklassen und Universitätsräumen als äußerst nützlich.
Eigenschaften von Permanentmagneten. 1. Gegensätzliche Magnetpole ziehen sich an, so wie sich Magnetpole abstoßen. 2. Magnetische Linien sind geschlossene Linien. Außerhalb des Magneten magnetische Linien Verlassen Sie „N“ und geben Sie „S“ ein, um den Magneten zu schließen. Im Jahr 1600 Der englische Arzt G.H. Gilbert leitete die grundlegenden Eigenschaften von Permanentmagneten ab.
Folie 9 aus der Präsentation „Permanentmagnete, das Erdmagnetfeld“. Die Größe des Archivs mit der Präsentation beträgt 2149 KB.Physik 8. Klasse
Zusammenfassung anderer Vorträge„Drei Arten der Wärmeübertragung“ – Aerostate. Wärmeaustausch. Wie lässt sich Konvektion aus der Sicht der molekularen Struktur von Gas erklären? Solarenergie. Vergleichstabelle Wärmeleitfähigkeiten verschiedene Substanzen. Ziehen Sie aus dem Bild eine Schlussfolgerung. Flüssig. Kühlkörper. Verwendung von Doppelfensterrahmen. Wärmeleitfähigkeit. Arten der Wärmeübertragung. Wie lässt sich die gute Wärmeleitfähigkeit von Metallen erklären? Strahlungswärmeübertragung. Warum ist Konvektion unmöglich? Feststoffe.
„Siedevorgang“ – Druck. Formel. Spezifische Wärme Verdampfung. Ist es möglich, Wasser zum Kochen zu bringen, ohne es zu erhitzen? Q=Lm. Flüssigkeitstemperatur. Essen zubereiten. Gase und Feststoffe. Kochen im Alltag und in der Industrie. Definition. Anwendung. Ähnlichkeiten und Unterschiede. Substanz. Sieden. Heizvorgang. Probleme lösen. Kochvorgang. Siedetemperatur. Siedepunkt einer Flüssigkeit. Erhitzungs- und Siedeprozesse. Verdampfung.
Physik „Optische Instrumente“ – Verwendung eines Mikroskops. Verwendung von Teleskopen. Der Aufbau eines Elektronenmikroskops. Refraktoren. Inhalt. Arten von Teleskopen. Mikroskop. Projektionsapparat. Erstellung eines Mikroskops. Der Aufbau des Teleskops. Optische Instrumente: Teleskop, Mikroskop, Kamera. Fernrohr. Kamera. Elektronenmikroskop. Geschichte der Fotografie. Reflektoren.
„Ein wissenschaftliches Weltbild schaffen“ – Revolution in der Medizin. Änderungen. Louis Pasteur. Herr der Blitze. Rene Laennec. Russischer und französischer Biologe. Deutscher Mikrobiologe. Wissenschaft: Schöpfung wissenschaftliches Bild Frieden. James Carl Maxwell. Wilhelm Conrad Röntgen. Die Sensationen gehen weiter. Hendrik Anton Lorenz. Wissenschaftler untersuchen das Phänomen der Radioaktivität. Heinrich Rudolf Hertz. Coup. Edward Jenner. Revolution in der Naturwissenschaft. Strahlen durchdringen verschiedene Objekte.
„Physik in der 8. Klasse „Thermische Phänomene““ – Thematische Unterrichtsplanung im Abschnitt „Thermische Phänomene“. Unterrichtsentwicklung. Modellierung des Unterrichtssystems für den Abschnitt „Thermische Phänomene“. Lehrmethoden. Psychologische und pädagogische Erklärung der Wahrnehmung und Beherrschung von Lehrmaterial. Entwickeln Sie das Wissen der Schüler über Energie weiter. Allgemeine Fachergebnisse. Persönliche Ergebnisse. Analyse der diagnostischen Arbeitsleistung. Trainings- und Methodologiekomplex.
„Permanentmagnete“ – Untersuchung der Eigenschaften von Permanentmagneten. Magnetische Anomalien. Ein Magnetfeld. Erde. Ursprung des Magnetfeldes. Magnetische Eigenschaften von Körpern. Magnetische Wirkung einer stromdurchflossenen Spule. Geschlossenheit der Stromleitungen. Das Magnetfeld der Erde. Nordpol. Permanentmagnete. Magnetisierung von Eisen. Gegensätzliche Magnetpole. Magnetfeld auf dem Mond. Magnetische Aktionen. Ein Magnet mit einem Pol. Magnetisch Stromleitungen.
Es gibt zwei Magnete verschiedene Typen. Bei einigen handelt es sich um sogenannte Permanentmagnete, die aus „hartmagnetischen“ Materialien hergestellt werden. Ihre magnetischen Eigenschaften hängen nicht mit der Verwendung externer Quellen oder Ströme zusammen. Eine andere Art sind die sogenannten Elektromagnete mit einem Kern aus „weichmagnetischem“ Eisen. Die von ihnen erzeugten Magnetfelder entstehen hauptsächlich dadurch, dass ein elektrischer Strom durch den den Kern umgebenden Wickeldraht fließt.
Magnetpole und Magnetfeld.
Die magnetischen Eigenschaften eines Stabmagneten machen sich am deutlichsten in der Nähe seiner Enden bemerkbar. Wenn ein solcher Magnet am Mittelteil so aufgehängt wird, dass er sich in einer horizontalen Ebene frei drehen kann, dann nimmt er eine Position ein, die ungefähr der Richtung von Norden nach Süden entspricht. Das Ende des Stabes, das nach Norden zeigt, wird Nordpol genannt, das gegenüberliegende Ende heißt Südpol. Entgegengesetzte Pole zweier Magnete ziehen sich gegenseitig an und gleiche Pole stoßen sich gegenseitig ab.
Wenn ein Stab aus nicht magnetisiertem Eisen in die Nähe eines der Pole eines Magneten gebracht wird, wird dieser vorübergehend magnetisiert. In diesem Fall hat der Pol des magnetisierten Stabes, der dem Pol des Magneten am nächsten liegt, einen entgegengesetzten Namen und der am weitesten entfernte Pol hat denselben Namen. Die Anziehungskraft zwischen dem Pol des Magneten und dem dadurch im Stab induzierten Gegenpol erklärt die Wirkung des Magneten. Einige Materialien (z. B. Stahl) werden selbst zu schwachen Permanentmagneten, wenn sie sich in der Nähe eines Permanentmagneten oder Elektromagneten befinden. Ein Stahlstab kann magnetisiert werden, indem einfach das Ende eines Stabpermanentmagneten an seinem Ende entlanggeführt wird.
Ein Magnet zieht also andere Magnete und Gegenstände aus magnetischen Materialien an, ohne mit ihnen in Kontakt zu kommen. Diese Fernwirkung wird durch die Existenz eines Magnetfeldes im Raum um den Magneten erklärt. Eine Vorstellung von der Intensität und Richtung dieses Magnetfelds kann man erhalten, indem man Eisenspäne auf eine auf einem Magneten angebrachte Papp- oder Glasplatte gießt. Das Sägemehl wird sich in Ketten in Richtung des Feldes aufreihen und die Dichte der Sägemehllinien wird der Intensität dieses Feldes entsprechen. (Sie sind an den Enden des Magneten am dicksten, wo die Intensität des Magnetfelds am größten ist.)
M. Faraday (1791–1867) führte das Konzept geschlossener Induktionslinien für Magnete ein. Die Induktionslinien erstrecken sich vom Nordpol des Magneten in den umgebenden Raum, treten am Südpol in den Magneten ein und verlaufen im Inneren des Magnetmaterials vom Südpol zurück zum Norden, wobei sie eine geschlossene Schleife bilden. Die Gesamtzahl der von einem Magneten ausgehenden Induktionslinien wird als magnetischer Fluss bezeichnet. Magnetische Flussdichte oder magnetische Induktion ( IN), ist gleich der Anzahl der Induktionslinien, die entlang der Normalen durch eine Elementarfläche von Einheitsgröße verlaufen.
Die magnetische Induktion bestimmt die Kraft, mit der ein Magnetfeld auf einen darin befindlichen stromdurchflossenen Leiter einwirkt. Wenn der Leiter, durch den der Strom fließt ICH, senkrecht zu den Induktionslinien steht, dann ist nach dem Ampereschen Gesetz die Kraft F, das auf den Leiter einwirkt, steht sowohl zum Feld als auch zum Leiter senkrecht und ist proportional zur magnetischen Induktion, Stromstärke und Länge des Leiters. Also für magnetische Induktion B Sie können einen Ausdruck schreiben
Wo F– Kraft in Newton, ICH– Strom in Ampere, l– Länge in Metern. Die Maßeinheit für die magnetische Induktion ist Tesla (T).
Galvanometer.
Ein Galvanometer ist ein empfindliches Instrument zur Messung schwacher Ströme. Ein Galvanometer nutzt das Drehmoment, das durch die Wechselwirkung eines hufeisenförmigen Permanentmagneten mit einer kleinen stromdurchflossenen Spule (einem schwachen Elektromagneten) erzeugt wird, die im Spalt zwischen den Polen des Magneten hängt. Das Drehmoment und damit die Auslenkung der Spule ist proportional zum Strom und zur gesamten magnetischen Induktion im Luftspalt, sodass der Maßstab des Geräts bei kleinen Auslenkungen der Spule nahezu linear ist.
Magnetisierungskraft und magnetische Feldstärke.
Als nächstes sollten wir eine weitere charakterisierende Größe einführen magnetische Wirkung elektrischer Strom. Angenommen, Strom fließt durch den Draht einer langen Spule, in deren Inneren sich ein magnetisierbares Material befindet. Die Magnetisierungskraft ist das Produkt aus dem elektrischen Strom in der Spule und der Anzahl ihrer Windungen (diese Kraft wird in Ampere gemessen, da die Anzahl der Windungen eine dimensionslose Größe ist). Magnetische Feldstärke N gleich der Magnetisierungskraft pro Längeneinheit der Spule. Also der Wert N gemessen in Ampere pro Meter; Es bestimmt die Magnetisierung, die das Material in der Spule erhält.
Im Vakuum magnetische Induktion B proportional zur magnetischen Feldstärke N:
Wo M 0 – sog magnetische Konstante mit einem universellen Wert von 4 P H 10 –7 H/m. In vielen Materialien der Wert B ungefähr proportional N. Bei ferromagnetischen Materialien ist jedoch das Verhältnis zwischen B Und N etwas komplizierter (wie weiter unten besprochen wird).
In Abb. 1 zeigt einen einfachen Elektromagneten zum Greifen von Lasten. Die Energiequelle ist eine Gleichstrombatterie. Die Abbildung zeigt auch die Feldlinien des Elektromagneten, die mit der üblichen Methode der Eisenspäne erfasst werden können.
Große Elektromagnete mit Eisenkern und sehr eine große Anzahl Amperewindungen im Dauerbetrieb haben eine große Magnetisierungskraft. Sie erzeugen im Spalt zwischen den Polen eine magnetische Induktion von bis zu 6 Tesla; Diese Induktion wird nur durch mechanische Belastung, Erwärmung der Spulen und magnetische Sättigung des Kerns begrenzt. Eine Reihe riesiger wassergekühlter Elektromagnete (ohne Kern) sowie Anlagen zur Erzeugung gepulster Magnetfelder wurden von P. L. Kapitsa (1894–1984) in Cambridge und am Institut für Physikalische Probleme der Akademie der Wissenschaften der UdSSR entworfen F. Bitter (1902–1967) am Massachusetts Institute of Technology. Mit solchen Magneten konnte eine Induktion von bis zu 50 Tesla erreicht werden. Am Losalamos National Laboratory wurde ein relativ kleiner Elektromagnet entwickelt, der Felder von bis zu 6,2 Tesla erzeugt, 15 kW elektrische Leistung verbraucht und mit flüssigem Wasserstoff gekühlt wird. Ähnliche Felder werden bei kryogenen Temperaturen erhalten.
Magnetische Permeabilität und ihre Rolle im Magnetismus.
Magnetische Permeabilität M ist eine Größe, die die magnetischen Eigenschaften eines Materials charakterisiert. Die ferromagnetischen Metalle Fe, Ni, Co und ihre Legierungen haben sehr hohe maximale Permeabilitäten – von 5000 (für Fe) bis 800.000 (für Supermalloy). In solchen Materialien treten relativ geringe Feldstärken auf H Es treten große Induktionen auf B, aber die Beziehung zwischen diesen Größen ist im Allgemeinen aufgrund der Sättigungs- und Hysteresephänomene, die weiter unten diskutiert werden, nichtlinear. Ferromagnetische Materialien werden von Magneten stark angezogen. Sie verlieren ihre magnetischen Eigenschaften bei Temperaturen über dem Curie-Punkt (770 °C für Fe, 358 °C für Ni, 1120 °C für Co) und verhalten sich wie Paramagnete, für die Induktion erforderlich ist B bis zu sehr hohen Spannungswerten H ist proportional dazu – genauso wie im Vakuum. Viele Elemente und Verbindungen sind bei allen Temperaturen paramagnetisch. Paramagnetische Stoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem äußeren Magnetfeld magnetisiert werden; Wird dieses Feld ausgeschaltet, kehren die paramagnetischen Substanzen in einen nichtmagnetisierten Zustand zurück. Die Magnetisierung in Ferromagneten bleibt auch dann erhalten, wenn das äußere Feld ausgeschaltet wird.
In Abb. Abbildung 2 zeigt eine typische Hystereseschleife für ein hartmagnetisches (mit großen Verlusten) ferromagnetisches Material. Es charakterisiert die mehrdeutige Abhängigkeit der Magnetisierung eines magnetisch geordneten Materials von der Stärke des magnetisierenden Feldes. Mit zunehmender magnetischer Feldstärke vom Anfangspunkt (Nullpunkt) 1 ) Die Magnetisierung erfolgt entlang der gestrichelten Linie 1 –2 , und der Wert Mändert sich erheblich, wenn die Magnetisierung der Probe zunimmt. Am Punkt 2 Sättigung erreicht ist, d.h. bei weiterer Spannungserhöhung nimmt die Magnetisierung nicht mehr zu. Wenn wir nun den Wert schrittweise verringern H auf Null, dann die Kurve B(H) folgt nicht mehr demselben Weg, sondern verläuft durch den Punkt 3 , was sozusagen eine „Erinnerung“ an Material über „ vergangene Geschichte„, daher der Name „Hysterese“. Es ist offensichtlich, dass in diesem Fall ein Teil der Restmagnetisierung erhalten bleibt (Segment 1 –3 ). Nach Änderung der Richtung des Magnetisierungsfeldes in die entgegengesetzte Richtung entsteht die Kurve IN (N) passiert den Punkt 4 , und das Segment ( 1 )–(4 ) entspricht der Koerzitivkraft, die eine Entmagnetisierung verhindert. Weitere Wertsteigerung (- H) bringt die Hysteresekurve in den dritten Quadranten – den Abschnitt 4 –5 . Die anschließende Wertminderung (- H) auf Null und dann steigende positive Werte H führt zum Schließen der Hystereseschleife durch die Punkte 6 , 7 Und 2 .
Hartmagnetische Materialien zeichnen sich durch eine breite Hystereseschleife aus, die einen erheblichen Bereich im Diagramm abdeckt und daher großen Werten der remanenten Magnetisierung (magnetische Induktion) und Koerzitivkraft entspricht. Eine schmale Hystereseschleife (Abb. 3) ist charakteristisch für weichmagnetische Materialien wie Weichstahl und Speziallegierungen mit hoher magnetischer Permeabilität. Solche Legierungen wurden mit dem Ziel entwickelt, die durch Hysterese verursachten Energieverluste zu reduzieren. Die meisten dieser Speziallegierungen haben wie Ferrite einen hohen elektrischen Widerstand, wodurch nicht nur magnetische Verluste, sondern auch elektrische Verluste durch Wirbelströme reduziert werden.
Magnetische Materialien mit hoher Permeabilität werden durch Glühen hergestellt, das durch Halten bei einer Temperatur von etwa 1000 °C und anschließendes Tempern (allmähliches Abkühlen) auf Raumtemperatur erfolgt. In diesem Fall sind eine mechanische und thermische Vorbehandlung sowie die Abwesenheit von Verunreinigungen in der Probe sehr wichtig. Für Transformatorkerne zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Siliziumstähle wurden entwickelt, der Wert M die mit zunehmendem Siliziumgehalt zunahm. Zwischen 1915 und 1920 tauchten Permalloys (Legierungen aus Ni und Fe) mit einer charakteristischen schmalen und nahezu rechteckigen Hystereseschleife auf. Besonders hohe magnetische Permeabilitätswerte M bei kleinen Werten H Die Legierungen unterscheiden sich in Hypernic (50 % Ni, 50 % Fe) und Mu-Metall (75 % Ni, 18 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr), während in Perminvar (45 % Ni, 30 % Fe, 25 % Co) Wert M praktisch konstant über einen weiten Bereich von Feldstärkeänderungen. Unter den modernen magnetischen Materialien ist Supermalloy zu erwähnen, eine Legierung mit der höchsten magnetischen Permeabilität (sie enthält 79 % Ni, 15 % Fe und 5 % Mo).
Theorien des Magnetismus.
Die Vermutung, dass magnetische Phänomene letztendlich auf elektrische Phänomene reduziert werden, kam erstmals 1825 von Ampere auf, als er die Idee von geschlossenen inneren Mikroströmen zum Ausdruck brachte, die in jedem Atom eines Magneten zirkulieren. Ohne jegliche experimentelle Bestätigung des Vorhandenseins solcher Ströme in der Materie (das Elektron wurde erst 1897 von J. Thomson entdeckt und die Struktur des Atoms wurde 1913 von Rutherford und Bohr beschrieben) „verblasste“ diese Theorie .“ Im Jahr 1852 schlug W. Weber vor, dass jedes Atom einer magnetischen Substanz ein winziger Magnet oder magnetischer Dipol sei, so dass eine vollständige Magnetisierung einer Substanz erreicht wird, wenn alle einzelnen Atommagnete ausgerichtet sind in einer bestimmten Reihenfolge(Abb. 4, B). Weber glaubte, dass molekulare oder atomare „Reibung“ dazu beiträgt, dass diese Elementarmagnete trotz des störenden Einflusses thermischer Schwingungen ihre Ordnung aufrechterhalten. Seine Theorie konnte die Magnetisierung von Körpern bei Kontakt mit einem Magneten sowie deren Entmagnetisierung bei Aufprall oder Erwärmung erklären; Schließlich wurde auch die „Reproduktion“ von Magneten beim Zerschneiden einer magnetisierten Nadel oder eines Magnetstabs erläutert. Und doch erklärte diese Theorie weder den Ursprung der Elementarmagnete selbst noch die Phänomene der Sättigung und Hysterese. Webers Theorie wurde 1890 von J. Ewing verbessert, der seine Hypothese der Atomreibung durch die Idee interatomarer Begrenzungskräfte ersetzte, die dazu beitragen, die Ordnung der Elementardipole aufrechtzuerhalten, aus denen ein Permanentmagnet besteht.
Der einst von Ampere vorgeschlagene Ansatz für das Problem erhielt 1905 ein zweites Leben, als P. Langevin das Verhalten paramagnetischer Materialien erklärte, indem er jedem Atom einen internen unkompensierten Elektronenstrom zuschrieb. Laut Langevin sind es diese Ströme, die winzige Magnete bilden, die zufällig ausgerichtet sind, wenn kein äußeres Feld vorhanden ist, aber eine geordnete Ausrichtung annehmen, wenn ein äußeres Feld angelegt wird. In diesem Fall entspricht die Annäherung an die vollständige Ordnung der Sättigung der Magnetisierung. Darüber hinaus führte Langevin das Konzept eines magnetischen Moments ein, das für einen einzelnen Atommagneten dem Produkt „gleich“ ist. magnetische Ladung» Pole durch den Abstand zwischen den Polen. Somit ist der schwache Magnetismus paramagnetischer Materialien auf das gesamte magnetische Moment zurückzuführen, das durch unkompensierte Elektronenströme erzeugt wird.
Im Jahr 1907 führte P. Weiss das Konzept der „Domäne“ ein, das zu einem wichtigen Beitrag dazu wurde moderne Theorie Magnetismus. Weiss stellte sich Domänen als kleine „Kolonien“ von Atomen vor, in denen die magnetischen Momente aller Atome aus irgendeinem Grund gezwungen sind, die gleiche Ausrichtung beizubehalten, sodass jede Domäne bis zur Sättigung magnetisiert ist. Eine separate Domäne kann vorhanden sein lineare Abmessungen etwa 0,01 mm und dementsprechend beträgt das Volumen etwa 10 –6 mm 3. Die Domänen werden durch sogenannte Bloch-Wände getrennt, deren Dicke 1000 Atomgrößen nicht überschreitet. Die „Wand“ und zwei entgegengesetzt ausgerichtete Domänen sind in Abb. schematisch dargestellt. 5. Solche Wände stellen „Übergangsschichten“ dar, in denen sich die Richtung der Domänenmagnetisierung ändert.
Im allgemeinen Fall lassen sich auf der Anfangsmagnetisierungskurve drei Abschnitte unterscheiden (Abb. 6). Im ersten Abschnitt bewegt sich die Wand unter dem Einfluss eines äußeren Feldes durch die Dicke der Substanz, bis sie auf einen Defekt trifft Kristallgitter, was sie aufhält. Durch Erhöhen der Feldstärke können Sie die Wand dazu zwingen, sich weiter durch den mittleren Abschnitt zwischen den gestrichelten Linien zu bewegen. Wird die Feldstärke danach wieder auf Null reduziert, kehren die Wände nicht mehr in ihre ursprüngliche Position zurück, die Probe bleibt also teilweise magnetisiert. Dies erklärt die Hysterese des Magneten. Im letzten Abschnitt der Kurve endet der Prozess mit der Sättigung der Magnetisierung der Probe aufgrund der Ordnung der Magnetisierung innerhalb der letzten ungeordneten Domänen. Dieser Vorgang ist nahezu vollständig reversibel. Magnetische Härte weisen jene Materialien auf, deren Atomgitter viele Defekte enthält, die die Bewegung der Wände zwischen Domänen behindern. Dies kann durch mechanische und thermische Behandlung erreicht werden, beispielsweise durch Komprimieren und anschließendes Sintern des pulverförmigen Materials. Bei Alnico-Legierungen und ihren Analoga wird das gleiche Ergebnis durch die Verschmelzung von Metallen zu einer komplexen Struktur erreicht.
Neben paramagnetischen und ferromagnetischen Materialien gibt es Materialien mit sogenannten antiferromagnetischen und ferrimagnetischen Eigenschaften. Der Unterschied zwischen diesen Arten von Magnetismus wird in Abb. erläutert. 7. Basierend auf dem Konzept der Domänen kann Paramagnetismus als ein Phänomen betrachtet werden, das durch das Vorhandensein kleiner Gruppen magnetischer Dipole im Material verursacht wird, bei denen einzelne Dipole sehr schwach (oder überhaupt nicht) miteinander interagieren und daher Nehmen Sie in Abwesenheit eines externen Feldes nur zufällige Orientierungen an (Abb. 7, A). In ferromagnetischen Materialien gibt es innerhalb jeder Domäne eine starke Wechselwirkung zwischen einzelnen Dipolen, die zu ihrer geordneten parallelen Ausrichtung führt (Abb. 7, B). In antiferromagnetischen Materialien hingegen führt die Wechselwirkung zwischen einzelnen Dipolen zu deren antiparalleler geordneter Ausrichtung, so dass das gesamte magnetische Moment jeder Domäne entsteht gleich Null(Abb. 7, V). Schließlich gibt es in ferrimagnetischen Materialien (z. B. Ferriten) sowohl parallele als auch antiparallele Ordnung (Abb. 7, G), was zu einem schwachen Magnetismus führt.
Es gibt zwei überzeugende experimentelle Bestätigungen für die Existenz von Domänen. Der erste davon ist der sogenannte Barkhausen-Effekt, der zweite die Methode der Pulverfiguren. Im Jahr 1919 stellte G. Barkhausen fest, dass sich die Magnetisierung einer Probe aus ferromagnetischem Material in kleinen diskreten Abschnitten ändert, wenn ein externes Feld angelegt wird. Aus Sicht der Domänentheorie ist dies nichts anderes als ein abruptes Vorrücken der Interdomänenwand, das auf seinem Weg auf einzelne Defekte stößt, die es verzögern. Dieser Effekt wird üblicherweise mithilfe einer Spule erfasst, in der ein ferromagnetischer Stab oder Draht angebracht ist. Wenn Sie einen starken Magneten abwechselnd auf die Probe zu und von dieser weg bewegen, wird die Probe magnetisiert und erneut magnetisiert. Abrupte Änderungen der Magnetisierung der Probe verändern sich magnetischer Fluss durch die Spule und es wird erregt induzierter Strom. Die in der Spule erzeugte Spannung wird verstärkt und dem Eingang eines akustischen Kopfhörers zugeführt. Über Kopfhörer zu hörende Klickgeräusche deuten auf eine abrupte Änderung der Magnetisierung hin.
Um die Domänenstruktur eines Magneten mithilfe der Pulverfigurenmethode zu identifizieren, wird ein Tropfen einer kolloidalen Suspension aus ferromagnetischem Pulver (normalerweise Fe 3 O 4) auf eine gut polierte Oberfläche eines magnetisierten Materials aufgetragen. Pulverpartikel setzen sich hauptsächlich an Orten maximaler Inhomogenität des Magnetfelds ab – an den Grenzen von Domänen. Diese Struktur kann unter einem Mikroskop untersucht werden. Es wurde auch eine Methode vorgeschlagen, die auf dem Durchgang polarisierten Lichts durch ein transparentes ferromagnetisches Material basiert.
Die ursprüngliche Theorie des Magnetismus von Weiss hat in ihren Grundzügen bis heute ihre Bedeutung behalten, erhielt jedoch eine aktualisierte Interpretation, die auf der Idee unkompensierter Elektronenspins als bestimmendem Faktor für den atomaren Magnetismus basiert. Existenzhypothese eigener Moment Das Elektron wurde 1926 von S. Goudsmit und J. Uhlenbeck vorgeschlagen, und heute gelten Elektronen als Spinträger als „Elementarmagnete“.
Um dieses Konzept zu erklären, betrachten Sie (Abb. 8) ein freies Eisenatom, ein typisches ferromagnetisches Material. Seine zwei Schalen ( K Und L), sind diejenigen, die dem Kern am nächsten liegen, mit Elektronen gefüllt, wobei der erste von ihnen zwei und der zweite acht Elektronen enthält. IN K-Schale, der Spin eines der Elektronen ist positiv und der andere ist negativ. IN L In der Schale (genauer gesagt in ihren beiden Unterschalen) haben vier der acht Elektronen positive Spins und die anderen vier negative Spins. In beiden Fällen kompensieren sich die Elektronenspins innerhalb einer Schale vollständig, so dass das gesamte magnetische Moment Null ist. IN M-Schale ist die Situation anders, da von den sechs Elektronen, die sich in der dritten Unterschale befinden, fünf Elektronen Spins haben, die in die eine Richtung gerichtet sind, und nur das sechste in die andere. Dadurch bleiben vier unkompensierte Spins übrig, die die magnetischen Eigenschaften des Eisenatoms bestimmen. (Im Äußeren N(Die Schale hat nur zwei Valenzelektronen, die nicht zum Magnetismus des Eisenatoms beitragen.) Der Magnetismus anderer Ferromagnete wie Nickel und Kobalt wird auf ähnliche Weise erklärt. Da benachbarte Atome in einer Eisenprobe stark miteinander interagieren und ihre Elektronen teilweise kollektiviert sind, sollte diese Erklärung nur als visuelle, aber sehr vereinfachte Darstellung der realen Situation betrachtet werden.
Die auf der Berücksichtigung des Elektronenspins basierende Theorie des Atommagnetismus wird durch zwei interessante gyromagnetische Experimente gestützt, von denen eines von A. Einstein und W. de Haas und das andere von S. Barnett durchgeführt wurde. Im ersten dieser Experimente wurde ein Zylinder aus ferromagnetischem Material aufgehängt, wie in Abb. 9. Fließt Strom durch den Wickeldraht, dreht sich der Zylinder um seine Achse. Wenn sich die Richtung des Stroms (und damit des Magnetfelds) ändert, dreht er sich nach innen umgekehrte Richtung. In beiden Fällen ist die Drehung des Zylinders auf die Anordnung der Elektronenspins zurückzuführen. Im Barnett-Experiment hingegen wird ein schwebender Zylinder, der plötzlich in einen Rotationszustand versetzt wird, in Abwesenheit eines Magnetfelds magnetisiert. Dieser Effekt erklärt sich dadurch, dass bei der Drehung des Magneten ein Kreiselmoment entsteht, das dazu neigt, die Spinmomente in Richtung seiner eigenen Drehachse zu drehen.
Für eine umfassendere Erklärung der Natur und des Ursprungs von Kräften mit kurzer Reichweite, die benachbarte Atommagnete ordnen und dem ungeordneten Einfluss thermischer Bewegung entgegenwirken, sollte man sich auf Folgendes beziehen: Quantenmechanik. Eine quantenmechanische Erklärung der Natur dieser Kräfte wurde 1928 von W. Heisenberg vorgeschlagen, der die Existenz von Austauschwechselwirkungen zwischen benachbarten Atomen postulierte. Später zeigten G. Bethe und J. Slater, dass die Austauschkräfte mit abnehmendem Abstand zwischen Atomen deutlich zunehmen, bei Erreichen eines bestimmten minimalen interatomaren Abstands jedoch auf Null sinken.
MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN DES STOFFES
Eine der ersten umfangreichen und systematischen Studien magnetische Eigenschaften Substanzen wurde von P. Curie durchgeführt. Er stellte fest, dass alle Stoffe aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften in drei Klassen eingeteilt werden können. Zur ersten Kategorie gehören Stoffe mit ausgeprägten magnetischen Eigenschaften, ähnlich den Eigenschaften von Eisen. Solche Stoffe nennt man ferromagnetisch; Ihr Magnetfeld ist in beträchtlichen Entfernungen wahrnehmbar ( cm. höher). Die zweite Klasse umfasst Substanzen, die als paramagnetisch bezeichnet werden. Ihre magnetischen Eigenschaften ähneln im Allgemeinen denen ferromagnetischer Materialien, sind jedoch deutlich schwächer. Beispielsweise kann die Anziehungskraft der Pole eines starken Elektromagneten einen Eisenhammer aus Ihren Händen reißen, und um die Anziehungskraft einer paramagnetischen Substanz auf denselben Magneten festzustellen, benötigen Sie normalerweise sehr empfindliche Analysenwaagen. Zur letzten, dritten Klasse gehören die sogenannten diamagnetischen Stoffe. Sie werden durch einen Elektromagneten abgestoßen, d.h. Die Kraft, die auf diamagnetische Materialien wirkt, ist entgegengesetzt zu der Kraft, die auf ferro- und paramagnetische Materialien wirkt.
Messung magnetischer Eigenschaften.
Bei der Untersuchung magnetischer Eigenschaften sind zwei Arten von Messungen am wichtigsten. Die erste davon ist die Messung der Kraft, die auf eine Probe in der Nähe eines Magneten wirkt; So wird die Magnetisierung der Probe bestimmt. Die zweite umfasst Messungen von „Resonanzfrequenzen“, die mit der Magnetisierung von Materie verbunden sind. Atome sind winzige „Kreisel“ und präzedieren in einem Magnetfeld (wie ein normaler Kreisel unter dem Einfluss von Drehmoment, mit Gewalt geschaffen Schweregrad) mit einer Häufigkeit, die gemessen werden kann. Darüber hinaus wirkt auf freie geladene Teilchen, die sich im rechten Winkel zu den magnetischen Induktionslinien bewegen, eine Kraft, genau wie der Elektronenstrom in einem Leiter. Dadurch bewegt sich das Teilchen auf einer Kreisbahn, deren Radius gegeben ist durch
R = mv/eB,
Wo M– Teilchenmasse, v– seine Geschwindigkeit, e ist seine Ladung, und B– Magnetfeldinduktion. Die Frequenz einer solchen Kreisbewegung beträgt
Wo F gemessen in Hertz, e– in Anhängern, M– in Kilogramm, B- bei Tesla. Diese Frequenz charakterisiert die Bewegung geladener Teilchen in einer Substanz, die sich in einem Magnetfeld befindet. Beide Bewegungsarten (Präzession und Bewegung auf Kreisbahnen) können angeregt werden variable Felder mit Resonanzfrequenzen, die den „natürlichen“ Frequenzen entsprechen, die für ein bestimmtes Material charakteristisch sind. Im ersten Fall wird die Resonanz als magnetisch und im zweiten als Zyklotron bezeichnet (aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit der zyklischen Bewegung eines subatomaren Teilchens in einem Zyklotron).
Wenn man über die magnetischen Eigenschaften von Atomen spricht, muss man besonders auf ihren Drehimpuls achten. Das Magnetfeld wirkt auf den rotierenden Atomdipol und neigt dazu, ihn zu drehen und parallel zum Feld zu platzieren. Stattdessen beginnt das Atom mit einer Frequenz, die vom Dipolmoment und der Stärke des angelegten Feldes abhängt, um die Richtung des Feldes zu präzedieren (Abb. 10).
Die Atompräzession ist nicht direkt beobachtbar, da alle Atome in einer Probe in einer anderen Phase präzedieren. Wenn wir ein kleines Wechselfeld anlegen, das senkrecht zum konstanten Ordnungsfeld gerichtet ist, stellt sich eine bestimmte Phasenbeziehung zwischen den präzedierenden Atomen ein und ihr gesamtes magnetisches Moment beginnt mit einer Frequenz zu präzedieren, die der Präzessionsfrequenz einzelner magnetischer Momente entspricht. Die Winkelgeschwindigkeit der Präzession ist wichtig. In der Regel liegt dieser Wert für die mit Elektronen verbundene Magnetisierung in der Größenordnung von 10 10 Hz/T und für die mit Elektronen verbundene Magnetisierung in der Größenordnung von 10 7 Hz/T. positive Ladungen in den Atomkernen.
Ein schematisches Diagramm eines Aufbaus zur Beobachtung der Kernspinresonanz (NMR) ist in Abb. dargestellt. 11. Der zu untersuchende Stoff wird in ein gleichmäßiges Konstantfeld zwischen den Polen eingebracht. Wird dann mithilfe einer kleinen Spule, die das Reagenzglas umgibt, ein Hochfrequenzfeld angeregt, kann eine Resonanz bei einer bestimmten Frequenz erreicht werden, die der Präzessionsfrequenz aller Kernkreisel in der Probe entspricht. Die Messungen ähneln der Abstimmung eines Radioempfängers auf die Frequenz eines bestimmten Senders.
Magnetresonanzmethoden ermöglichen es, nicht nur die magnetischen Eigenschaften bestimmter Atome und Kerne, sondern auch die Eigenschaften ihrer Umgebung zu untersuchen. Tatsache ist, dass Magnetfelder in Festkörpern und Molekülen inhomogen sind, da sie durch Atomladungen verzerrt werden und die Details der experimentellen Resonanzkurve durch das lokale Feld in der Region bestimmt werden, in der sich der präzedierende Kern befindet. Dadurch ist es möglich, die Strukturmerkmale einer bestimmten Probe mithilfe von Resonanzmethoden zu untersuchen.
Berechnung magnetischer Eigenschaften.
Die magnetische Induktion des Erdfeldes beträgt 0,5 x 10 –4 Tesla, während das Feld zwischen den Polen eines starken Elektromagneten etwa 2 Tesla oder mehr beträgt.
Das von jeder Stromkonfiguration erzeugte Magnetfeld kann mithilfe der Biot-Savart-Laplace-Formel für die magnetische Induktion des von einem Stromelement erzeugten Feldes berechnet werden. Berechnung des durch Konturen erzeugten Feldes verschiedene Formen und zylindrische Spulen, in vielen Fällen sehr komplex. Nachfolgend finden Sie Formeln für eine Reihe einfacher Fälle. Magnetische Induktion (in Tesla) des Feldes, das von einem langen, geraden, stromführenden Draht erzeugt wird ICH
Das Feld eines magnetisierten Eisenstabs ähnelt dem äußeren Feld eines langen Elektromagneten, wobei die Anzahl der Amperewindungen pro Längeneinheit dem Strom in den Atomen auf der Oberfläche des magnetisierten Stabs entspricht, da sich die Ströme im Inneren des Stabs aufheben zueinander (Abb. 12). Unter dem Namen Ampere wird ein solcher Oberflächenstrom Ampere genannt. Magnetische Feldstärke H a, erzeugt durch den Ampere-Strom, ist gleich dem magnetischen Moment pro Volumeneinheit des Stabes M.
Wenn ein Eisenstab in die Magnetspule eingeführt wird, erzeugt der Magnetstrom zusätzlich ein Magnetfeld H, die Anordnung der Atomdipole im magnetisierten Stabmaterial erzeugt Magnetisierung M. In diesem Fall wird der gesamte magnetische Fluss durch die Summe der Wirk- und Ampereströme bestimmt, so dass B = M 0(H + H a), oder B = M 0(H+M). Attitüde M/H angerufen magnetische Suszeptibilität und wird mit dem griechischen Buchstaben bezeichnet C; C– dimensionslose Größe, die die Fähigkeit eines Materials charakterisiert, in einem Magnetfeld magnetisiert zu werden.
Größe B/H, das die magnetischen Eigenschaften eines Materials charakterisiert, wird magnetische Permeabilität genannt und mit bezeichnet m a, Und m a = M 0M, Wo m a- absolut, und M– relative Durchlässigkeit,
Bei ferromagnetischen Stoffen die Menge C kann sehr große Werte haben – bis zu 10 4 е 10 6 . Größe C Paramagnetische Materialien haben etwas mehr als Null und diamagnetische Materialien etwas weniger. Nur im Vakuum und in sehr schwachen Größenfeldern C Und M sind konstant und unabhängig vom äußeren Feld. Induktionsabhängigkeit B aus H ist normalerweise nichtlinear, und seine Graphen, die sogenannten. Magnetisierungskurven für verschiedene Materialien und sogar bei unterschiedlichen Temperaturen können sich erheblich unterscheiden (Beispiele für solche Kurven sind in Abb. 2 und 3 dargestellt).
Die magnetischen Eigenschaften der Materie sind sehr komplex und ihr tiefes Verständnis erfordert eine sorgfältige Analyse der Struktur von Atomen, ihrer Wechselwirkungen in Molekülen, ihrer Kollisionen in Gasen und ihrer gegenseitigen Beeinflussung in Festkörpern und Flüssigkeiten; Die magnetischen Eigenschaften von Flüssigkeiten sind noch am wenigsten erforscht.
Magnetpole (Anziehung und Abstoßung zwischen Magnetpolen)
Magnetpole (Anziehung und Ablenkung zwischen Magnetpolen)
So wie sich Pole eines Magneten abstoßen, ziehen sich entgegengesetzte Pole an. Sie können dies leicht überprüfen, indem Sie zwei Magnete nehmen und versuchen, sie mit unterschiedlichen Seiten zusammenzubringen. Auf den ersten Blick ist es aufgrund der Abstoßungseigenschaft gleichnamiger Magnetpole möglich, ein Experiment zur magnetischen Levitation durchzuführen: Wenn ein Magnet über einem anderen Magneten in der Luft hängt (aufgrund der Tatsache, dass die Abstoßung zwischen den Magneten erfolgt). kompensiert die Anziehungskraft des oberen Magneten durch die Erde).
Magnetschwebebahn ist ein bekanntes Experiment. Viele haben (zumindest auf einem Foto) gesehen, wie ein Stück eines Supraleiters über einem Magneten schwebt. Oder ein Wassertropfen und sogar ein Frosch, der zwischen den Polen eines starken Magneten schwebte.
Ein Supraleiter ist ein diamagnetisches Material (genau wie Wasser oder ein Frosch). Mit zwei Permanentmagneten (also Ferromagneten) funktioniert ein solcher Trick leider nicht. Die Magnete stoßen sich entweder ab und verlassen die Wechselwirkungssphäre oder sie drehen sich mit entgegengesetzten Polen und ziehen sich gegenseitig an. Ein stabiles Gleichgewicht ist hier unmöglich. Lassen Sie mich aus dem Buch zitieren Nurbey Vladimirovich Gulia – Erstaunliche Physik: Worüber die Lehrbücher schwiegen; Kapitel Fliegt Mohammeds Sarg? :
„… 1842 veröffentlichte Professor S. Earnshaw den Artikel „Nature Molekulare Kräfte", wo er bewies, dass sich ein ferromagnetischer Körper, der sich im Feld der Permanentmagnete befindet, nicht in einem stabilen Gleichgewichtszustand befinden kann. Das heißt, Earnshaw tat mit Hilfe der Mathematik, was Hilbert in Worten ausdrückte – er verhängte ein Verbot des freien Schwebens von Magnete und Metalle, die von ihnen angezogen werden. Und durch keine Kombination von Magneten und Eisenstücken ist es möglich, das eine oder das andere so aufzuhängen, dass sie keine anderen Körper berühren.
Mit anderen Worten: Um die Magnetschwebebahn nur mit Ferromagneten zu beobachten, muss einer von ihnen Kontakt mit anderen Körpern haben. Beispielsweise kann einer der Ferromagnete an einem Faden befestigt werden. Natürlich handelt es sich hierbei nicht um eine echte Levitation, auch wenn sie beeindruckend aussehen mag.
Ich stieß auf zwei Magnete, die wie Unterlegscheiben geformt waren und Löcher in der Mitte hatten. Der Durchmesser der Löcher war so gewählt, dass die Magnete frei auf den Glasstab passen. Platzieren Sie den Stick vertikal. Ich habe Klebeband um die Unterseite des Stabs gewickelt, damit der untere Magnet nicht durchfällt oder nach unten fliegt. Ich habe die Magnete auf den Stab geklebt. Berührten sich die Magnete mit den gleichen Polen, wurde der obere Magnet nach oben gedrückt und „hing“ am Stab. Natürlich handelte es sich hierbei nicht um eine vollwertige Levitation, denn... Ohne den Stab hätten die Magnete entgegengesetzte Pole zueinander gedreht und wären zusammengeklebt. Um dies zu demonstrieren, müssen Sie den oberen Magneten entfernen, ihn umdrehen und wieder auf den Stab stecken. Die Magnete werden angezogen.
